【应用】keysight教你如何实现新型NB-IoT设备10年不换电池的小目标

时间： 2018-10-06 来源：是德科技KEYSIGHT

技术问答

为无线水表、智能传感器等新型NB-IoT设备定下一个小目标 —— 10年不换电池！实现小目标难，准确的测试和评估更不容易，毕竟谁也不可能花费10年的时间，在各种工作场景下进行电池续航时间的测试。

电池的续航时间与多个因素有关，最关键的是产品本身的低功耗特性，还有电池本身自放电特性。例如一个 10000mAH 的电池，如果自放电率是50μA，10年就是 10年 X 365天 X 24小时 X 50 μA = 4380 mAH，约 50% 的电能被自身漏掉了，所以有效的电池电量其实只有50%。关于自放电的快速、精确测量，利用KEYSIGHT推出的BT2191A或BT2152的自放电测试系统，可精确测量自放电电流绝对值（μA），而不是电压相对变化量的K值。IoT精密功耗分析，及BT2191A自放电测试系统。

如何评估电池的续航时间呢？

简单粗暴的估算方式，就是用电池标称的电量，除以平均电流。但这个方法其实不太靠谱。相信很多人有开车的经历，除了土豪，都会关心汽车的油耗。在99%的情况下，我们的油耗要高于标称理想油耗。这是因为标称油耗有诸多的条件：发动机需要预热、在80km/H匀速的情况下，不能上坡，长安街式的平整路面，没有红绿灯等等、等等。所以，我们正常的油耗高出20-30%是再正常不过的事情。所以，有些厂家有“综合工况” 或“城市路况”的标注油耗参考。

同样，电池在标称电量的时候，电池厂家往往标称的是“理想电量”。就是用一个固定的放电率，如0.5C,0.2C 等放电来测试电量。但在智能设备、特别是NB-IoT 设备在工作时，脉冲式的耗电方式就像汽车不断急加速、刹车、上坡、下坡，无情折磨着你的可怜的小电池。

如何相对准备地验证电池在实际工作场景下的工作时间，而且不需要10年的时间？

keysight可以仿真一个NB-IoT设备的实际电流工作场景，之后对电池数十倍、甚至数百部的加速测试。我们来看下面这张图，典型的NB-IoT设备的电流特性。假定在每个周期的唤醒的2.67ms 中，峰值电流可能高达300mA以上，平均电流100mA：

耗电量 = 100mA x 2.67mS = 0.267mAS

在接下来的5秒中的休眠状态，电流稳定在10μA。耗电量 =0.01mA x 5S = 0.05mAS

因此，80% 的电量用在了Active状态，而且峰值高，时间短、功率大，对电池性能摧残严重。在休眠状态，耗电低，电流稳定，时间长，对电池性能影响小。所以，我们更关注一下Active状态的功耗。为了仿真NB-IoT 电流的实际场景，在实现加速测试，我们构建了以下环境：

第一步

利用NB-IoT的基站模拟器，仿真实际工作场景，再利用N6705+N6781A模块捕获电流工作状态，特别是Active状态的电流波形。

第二步

利用在N6705配套的14585A软件，将电流波形镜像反转，变成N6781A模块的负载工作时的任意波形，即吸收电流的波形。请注意，N6781A是一个双象限电源，既可以做电源，又可以做负载。

使用电流电平触发功能，200KSa/s高速采集输出电流，在软件中保存波形

波形镜像后，使用Arb功能，将翻转后的电流波形下载到N6705电源中，回放刚才开机瞬间的电流波形

第三步

把负载吸收电流的任意波形进行优化，例如将休眠时间减少到5ms，同时设置N6781A设为负载模式，接上需要验证的电池。利用N6705仿真真实的负载，对电池进行测试。由于休眠状态从5秒降低到 5mS，使整个测试过程加快了1000倍！对于预测10年工作时间的设备来说，一周之内即可完成评估。

N6705C直流电源分析仪，低功耗和电池分析的神器

利用N6705C连续监测电池的端电压，可以判断电池寿命是否已经接近终结。但我们认为监测电池可以输出的最高峰值电流，可能会更接近与实际值。这是因为在NB-IoT中，电池寿命终结绝不是因为电量用光了，而是由于由于内阻等原因，造成瞬间的峰值电流输出小于设备需要的最大电流，从而造成误码率上升，甚至可能电源触发关机电路。

因此，如果发现峰值电流低于设备正常工作所需的门限值，就意味着电池寿命接近终结了。N6781A中还有内置的电量计，这样就可以看到这个测试过程在吸收的总电量值。这实际上也是可以利用的电池的电量。这个值肯定会小于电池的标称电量。

利用以上这种方法，可以相对准确地评估 NB-IoT 在各种不同工作场景、或是混合的工作场景下电池的工作寿命；如果将电池置于不同的温度环境中，可以看到温度对电池寿命的直接影响；如果再结合电池的自放电特性，那评估结果也将更解决实际情况了，从而让你对真个产品的设计更有信息！

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全部评论（3）

大雨和小雨 Lv6. 高级专家 2018-11-21

厉害了。。
用户50283199 Lv7. 资深专家 2018-11-01

好东西
独角兽 Lv9. 科学家 2018-10-26

不错

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Keysight（是德科技）电源产品选型指南（中文）

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型号- B2911B,B2911A,N8926A,U8000,N5742A,N5766A,6632B,6644A,BV0003B,N6977A,N6735B,N6953A,6800C 系列,N5743A,N5767A,N1275A,6621A,6633B,6645A,N6780 系列,EL30000系列,N6976A,N6746B,B1506A,N6952A,N6734B,U8031A,N8948A,N5744A,N5768A,N1274A,E4361A,N3300A,6622A,6634B,66332A,N8924A,66102A,6600 系列,B1505A,N6701C,66000,N8949A,N8925A,N8937A,6624A,N5745A,N5769A,E4360A,6611C,N3301A,N1273A,6623A,B2901BL,N6700C,66101A,U8000 系列,N6736B,N6954A,E36100A 系列,N6700A,E5263A,6625A,6612C,N5746A,N3302A,N1272A,66104A,N1260A,U8032A,66321D,66321B,B2902B,B2902A,6626A,N5747A,N3303A,6613C,PA2203A,66103A,BV0012B,N1271A,N6702C,6060 系列,6060B,N6705C,B2901B,N8928A,6800B 系列,N7900 系列,B2901A,6627A,EL30000,N3304A,6614C,N5748A,6600,E4360,66106A,N6783A-BAT,N8929A,B2900A,B2912B,E5262A,6628A,B2912A,N3305A,N5749A,66311B,PV8922A,66105A,U8001A,E4368A,N3306A,E4356A,N5700,6672A,B1511B,6684A,PV8921A,RP7935A,CX3322A,BV9210B,RP7945A,RP7933A,B2962A,N8900 系列,N3307A,E4367A,RP7900 系列,N6900,B1510A,6673A,PV8932A,B2960,RP7946A,6620 系列,B2961B,B2961A,RP7932A,6674A,AC6906L,AC6918L,PV8931A,U2723A,U8002A,RP7943A,RP7931A,6675A,B1520A,6651A,PA2201A,U2722A,BV9201B,AC6900,N8760A,6652A,B2900A 系列,E36232A,AC6906H,66300,AC6918H,N6700,N8761A,6653A,E4362A,B1514A,6641A,E36231A,BV9211B,B2960系列,EDU36311A,N3300,B1513C,6654A,6642A,E36234A,N7900,CX3324A,667X,U2720,CX3300A,BV9200B,669X,E36200 系列,66000 系列,B1500A,6643A,B1512A,E36233A,6655A,6631B,AC6903L,668X,RP7936A,E36100B,AC6903H,E36100A,RP7962A,AC6804A,PV8900 系列,AC6804B,N8740A,E36103A,E36103B,N6791A,AC6912L,AC6912H,RP7973A,RP7961A,6035A,66309B,E36102B,E36102A,66309D,N8741A,AC6802B,RP7972A,AC6802A,E3600 系列,E36311A,N8762A,B2960 系列,E36105B,N6781A,E36105A,6690A,E3641A,RP7983A,N3300 系列,AC6803A,AC6803B,N8900,E36104B,E36104A,N6792A,E3640A,6691A,AC6800A,N6790,AC6800B,N6783A-MFG,RP7942A,E3600,6038A,N6900 系列,E36313A,6692A,N6783A,N8756A,6680A,N8732A,PV8900,N8950A,RP7941A,AC6801A,AC6801B,N6780,RP7953A,E36312A,N6782A,E36106B,E36106A,AC6900 系列,N8757A,6681A,N8733A,N8951A,RP7952A,N7971A,6682A,N6785A,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,RP7951A,N7970A,N8700,6683A,6671A,N6784A,N8755A,N8731A,N5770A,6629A,N7973A,E3647A,N6775A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,E36300 系列,E36340,6063B,E5260A,N5771A,N1259A,6812B,N7972A,E36100,E3646A,6811C,6811B,E36100 系列,N6786A,N8737A,N6774A,N6762A,N8943A,AC6800A 系列,N8955A,N8931A,E3634A,N5772A,N1258A,6813C,6813B,N7951A,6800C,E3649A,E36100B系列,6812C,6800B,AC6800B 系列,N6753A,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,EL30000 系列,E5270B,N5761A,N7950A,N7974A,N8700 系列,E3648A,N8759A,N6764A,N6752A,N6970A,N8735A,N8941A,N6776A,RP7982A,6030A,N5750A,N7953A,N7977A,N5762A,N1268A,N8934A,N6743B,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 系列,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,CX3300A 系列,6031A,N7976A,N5763A,N5751A,E36300,N7952A,N1267A,N6972A,N8923A,N6790 系列,N8935A,N6742B,E3630A,E3642A,N6766A,N6754A,N5700 系列,N8738A,6032A,6030 系列,N5752A,N5764A,RP7900,B2910BL,N1266A,N6951A,N8932A,N8944A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,N8739A,6033A,N7954A,N5741A,N5765A,66319B,N1265A,N6950A,N8945A,N6732B,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,N6974A,E3644A,N6744B,66319D

选型指南 - KEYSIGHT - 2021年11月16日 PDF 中文下载

电池保护应用AccuBattery宣称只将手机电池最多充至80%能有效延长电池寿命是否有科学依据？

电池寿命会影响基于物联网的基础设施的成本和可靠性，包括 5G、物联网互联工厂、物联网安全、智能农业和互联医疗系统等。电池寿命也可能是消费电子物联网设备的一个关键购买因素。由于这些因素，设计人员必须了解功耗模式以及设备是否满足电池寿命要求。

技术探讨发布时间 : 2024-06-17

【经验】使用是德科技直流电源分析仪-N6705C进行功耗测试的方法

是德科技的N6705C直流电源分析仪是一款高性能直流电源分析仪，搭配N6781A高精密模块，可以进行动态低功耗测试，节省测试时间，显著提高您的测试效率。

设计经验发布时间 : 2023-07-19

N6705直流电源分析仪用户指南

型号- N6705B,N6705B/056/AB2/S,N6705C,N6705B(DST),N6705U-056,N6700,N6705U,N6705B/056/S,N6705B/(DST),N6705B-056,N6705B/056,N6705B/S,N6705B/056/R-51B-001-5Z/S,N6705B/056/DST,N6705B/DEMO

用户指南 - KEYSIGHT - 第9版 - 2014年11月01日 PDF 中文下载

是德科技提供独特的动态电流的长时间记录技术——智能产品低功耗分析的关键

是德科技的N6705C 直流电源分析仪中的N6781A 源表模块，采用了独特的长时间数据记录功能(Data Logging)。这个技术，在启动电流无缝量程测试时，保持最高200KSa/s采样速率，并按照设定的采样周期（Sample period），对采样周期内的采样点进行实时运算处理，提取出最大值、最小值和平均值，再将处理后的数据绘制成趋势图输出。

原厂动态发布时间 : 2024-02-22

【测试测量仪器合辑】直流电源分析仪、台式直流电源、数字万用表、手持频谱仪

还有更多资讯文章和选型资料等你哟~

专题合辑发布时间 : 2017-07-10

Keysight（是德科技） N6705B直流电源分析仪数据手册

型号- N6762A/S,N6705B/(DST),N6752A/S,N6743B,N6775A,N6731B,N6763A,N6751A,N6735B,N6755A,N6784A/DST,N6705B(DST),N6700B-FLR,N6700,N6761A/S,N6776A/S,N6705B/056,N6782A,N6705B/S,N6786A,N6742B,N6774A,N6766A/DST,N6762A,N6702A,N6746B,N6702B,N6734B,N6766A,N6754A,N6764A/S,N6705B,N6705B/056/AB2/S,N6705B/056/S,N6781A,N6700B/S,N6705B/056/DST,N6753A,N6785A,N6741B,N6773A,N6761A,N6701A,N6745B,N6777A,N6701B,N6733B,N6765A,N6700B-0L1,N6784A/S,N6705B-056,N6705B/056/R-51B-001-5Z/S,N6732B,N6764A,N6752A,N6784A,N6705B/DEMO,N6736B,N6756A,N6744B,N6776A,N6700B

数据手册 - KEYSIGHT - 2007年05月01日 PDF 中文下载